AMPLIFICADOR CON BJTANÁLISIS DE PEQUEÑA SEÑAL
2015-1
Prof. Gustavo Patiño. M.Sc. Ph.DMJ 12- 1426-05-2015
INTRODUCCIÓN
El análisis de pequeña señal de amplificadores basados en transistores se centra en el análisis de circuitos equivalentes para cada configuración de amplificación (EC, CC, BC).
Se utiliza el método de circuitos equivalente basado en parámetros híbridos obtenidos del análisis circuital basado en redes de dos puertos.
Se pretende encontrar expresiones para la resistencia de entrada, ganancia de voltaje, ganancia de corriente y resistencia de salida de cada configuración de amplificación (EC, CC, BC).*
Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
eneni
Loo
Riv
Riv
enen
Lo
i
o
Ri
Ri
v
v
ANÁLISIS DE REDES DE DOS PUERTOS
Electrónica Analógica I. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2015-1
en
Liv R
RAA
enen
Lo
i
o
Ri
Ri
v
v
ANÁLISIS DE REDES DE DOS PUERTOS (2)
Fórmula de Ganancia de Impedancia
i
ov v
vA
Ganancia de voltaje
en
oi i
iA
Ganancia de corriente
*
*
PARÁMETROS HÍBRIDOS
Existen muchas formas de caracterizar redes de cuatro terminales.
En un sistema de cuatro terminales hay cuatro variables de circuito: la tensión (o voltaje) y la corriente de entrada; y la tensión y la corriente de salida.
Estas cuatro variables se pueden relacionar por medio de algunas ecuaciones, dependiendo de cuáles variables se consideren independientes y cuáles dependientes.
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ECUACIONES DE PARÁMETROS HÍBRIDOS (PARÁMETROS H)
El primer dígito del subíndice en h denota la variable dependiente, en tanto que el segundo digito denota la variable independiente asociada con el parámetro h en particular.
Por ejemplo, h12 relaciona v2 con v1.Se supone que los valores de h son
constantes.
2221122
2121111
vhihi
vhihv
*
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PARÁMETROS H PARA UNA RED DE TRANSISTORES
hi=h11= Resistencia de entrada del transistor.hr=h12= Ganancia de tensión inversa del transistor.hf=h21= Ganancia directa de corriente del transistor.ho=h22= Conductancia de salida del transistor.
2221122
2121111
vhihi
vhihv
212
211
vhihi
vhihv
of
ri
Para una red de transistores:
212
211
vhihi
vhihv
of
ri
PARÁMETROS H PARA UNA RED DE TRANSISTORES (2)
Dos ecuaciones que representados circuitalmente corresponden al siguiente sistema:
*
*
02
2
02
1
01
2
01
1
1
1
2
2
i
osal
i
r
v
f
v
ien
v
ihY
v
vh
i
ih
i
vhR
PARÁMETROS H PARA UNA RED DE TRANSISTORES (3)
Resistencia de entrada con v2 en cortocircuito.
Ganancia directa de corriente con v2 en cortocircuito.
Ganancia inversa de tensión con i1 en circuito abierto.
Conductancia de salida con i1 en circuito abierto.
PARÁMETROS H PARA UNA RED DE TRANSISTORES (4)
Estos parámetros son idealmente constantes, aunque los valores numéricos dependen de la configuración del transistor. Esto es, si la configuración es EC, BC ó CC.
Es útil contar con alguna forma de distinguir entre las tres configuraciones. Para ello se añade un segundo subíndice a cada parámetro híbrido para proporcionar esta distinción.
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PARÁMETROS H PARA UN AMPLIFICADOR CON RESISTENCIA DE
EMISOR
icibibie hhhh )1(
constante
cevB
Cfe i
ih
Configuración EC
Configuración BC
constante
cevB
C
di
di
*
PARÁMETROS H: OBSERVACIONES
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RESISTENCIA DE ENTRADA EN CORTO CIRCUITO
A continuación se desarrollan las ecuaciones de hib y hie que muestran la dependencia de estos parámetros respecto a la ubicación del punto de operación Q:
01
1
2
v
ie i
vh
0
CEvB
BEie i
vh
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RESISTENCIA DE ENTRADA EN CORTO CIRCUITO (2)
1exp
T
BEOB V
vIi
T
BE
T
O
BE
B
V
v
V
I
dvid
exp
0
CEvB
BEie i
vh
T
BEOB V
vIi exp En región directa de
conducción del diodo de la unión Base-
Emisor.
RESISTENCIA DE ENTRADA EN CORTO CIRCUITO (3)
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T
B
BE
B
V
i
dvid
T
B
T
BE
T
O
BE
B
V
i
V
v
V
I
dvid
exp
RESISTENCIA DE ENTRADA EN CORTO CIRCUITO (4)
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BQ
Tie
I
Vh
BQ
T
B
BE
vB
BE
I
V
id
dv
i
v
CE
0
0
CEvB
BEie i
vh
*
RESISTENCIA DE ENTRADA EN CORTO CIRCUITO (5)
CQ
ibI
Vh
026.0 Para
VT=26mV
CQ
T
BQ
Tib
I
V
I
Vh
BQ
Tie
I
Vh Con: ibibie hhh )1(y:
*
MODELO HIBRIDO Π DEL BJT
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iehr
MODELO HIBRIDO Π DEL BJT(…CONT)
Modelo ideal, sin considerar efectos secundarios.•Dicho modelo considera que el transistor está previamente polarizado en un punto de operación dentro de la Región Activa.
Es decir, siempre que se cumpla que la excursión del Punto de Operación es lo suficientemente pequeña como para considerar que rπ permanece constante, el modelo incremental de alterna para el transistor bipolar ideal, ya sea npn o pnp será:
QPuntoBE
B
tv
ti
r
)(
)(1
CQ
T
BQ
T
I
V
I
Vr
MODELO HIBRIDO Π DE SEGUNDO ORDEN DEL BJT
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Modelo hibrido π de primer orden
Modelo hibrido π de segundo orden
iehr ib
m hg
1
oo h
r1
EVALUACIÓN DE PARÁMETROS DE AMPLIFICACIÓN PARA LA CONFIGURACIÓN EC
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CIRCUITO DE PARÁMETROS HÍBRIDOS PARA EL AMPLIFICADOR EC
RESISTENCIA DE ENTRADA, REN
EieB
EieBEieB
en
ien RhR
RhRRhR
i
vR
//
EibB
EibBen RhR
RhRR
ibie hh
Forma larga
EibB
EibBen RhR
RhRR
B
Eib
EibBen R
Rh
RhRR
EB RR
Forma corta
Si RB es despreciable comparada con RE, entonces:
RESISTENCIA DE ENTRADA, REN (…CONT)
GANANCIA DE VOLTAJE, AV
i
LL
i
ov v
Ri
v
vA
CL
bCL RR
iRi
CL
C
i
bLv RR
R
v
iRA
Por definición:
Y del circuito equivalente:
GANANCIA DE VOLTAJE, AV (2)RECORDANDO EL CIRCUITO PARA ENCONTRAR IB / VI
EieB
enB
CL
C
i
Lv RhR
iR
RR
R
v
RA
EieB
enBb RhR
iRi
GANANCIA DE VOLTAJE, AV (3)EXPRESIÓN PARA IB
eneni Riv Y considerando que:
EieB
enB
CL
C
enen
Lv RhR
iRRR
RRiR
A
EieB
EieB
EieB
B
CL
CLv RhR
RhR
RhR
R
RR
RRA
Eib
CL
Eie
CLv Rh
RR
Rh
RRA
////
Forma larga
GANANCIA DE VOLTAJE, AV (4)SIMPLIFICACIONES…
E
CLv R
RRA
//
ib
CLv h
RRA
//
GANANCIA DE VOLTAJE, AV (5)SIMPLIFICACIONES…
Si hib<< RE , la ecuación se reduce aún más:
Si se coloca un capacitor grande en paralelo con RE , de manera que la impedancia de ca sea pequeña, entonces:
Forma corta 1
Forma corta 2
026.0
// CQCLv
IRRA
Esto se puede combinar con la aproximación de hib en función de ICQ para obtener:
Que muestra que con RE en cortocircuito, la ganancia de voltaje del amplificador depende del punto de operación representado por ICQ.
GANANCIA DE VOLTAJE, AV (6)SIMPLIFICACIONES…
Forma corta 3
GANANCIA DE CORRIENTE, AI
L
envi R
RAA
Eie
CL
LEieB
EieBi Rh
RR
RRhR
RhRA
//
LCEibB
CBi RRRhR
RRA
Por definición:
Y de las ecuaciones de ganancia de voltaje y de resistencia equivalente de entrada:
Forma larga
LCE
CBi RRR
RRA
LCEibB
CBi RRRhR
RRA
Si RB es despreciable comparada con RE y hib << RE entonces :
EB RR
Forma corta
GANANCIA DE CORRIENTE, AI (2)
EJEMPLO
Diseñe un amplificador EC con Av=-10, =200, y RL=1kΩ. Se utiliza un transistor pnp y se requiere máxima excursión simétrica en la salida. Considere una fuente DC de -12V para polarizar el transistor. Determine la máxima excursión en la salida del
amplificador. Determine el máximo voltaje pico que se puede
colocar a la entrada del amplificador para que sea amplificada.
Encuentre la potencia máxima que requiere disipar el transistor.
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RESUMEN DE ECUACIONES DE DISEÑO PARA CUALQUIER PUNTO DE OPERACIÓN
Q
) V(vR
)I(i
RivV
CEQCEca
CQC
cdCCECC
1
Ecuaciones de diseño, y todas sus formas de escribirse y representarse, para el circuito de la figura!
CCBB
B
BBCC
CCB
VVR
VVVR
R
11
BB
CCB
VVR
R 2
EB RR 1.0
EB
BEQBBBQ RR
VVI
ECLca
CEcd
R)//R(RR
RRR
cdCQCCCEQ RIVV E
B
BEBBCQ
RRVV
I
RESUMEN DE ECUACIONES DE DISEÑO PARA EL PUNTO Q DE MÁXIMA
EXCURSIÓN
CCBB
B
BBCC
CCB
VVR
VVVR
R
11
BB
CCB
VVR
R 2
EB RR 1.0ECLca
CEcd
R)//R(RR
RRR
cacd
CCCEQ RR
VV
1
cdca
CCCQ RR
VI
y
Ecuaciones de diseño,y todas sus formas de escribirse y representarse, para máxima excursión en el circuito de la figura!
EB
BEQBBBQ RR
VVI
CIRCUITO SIMULADO
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PUNTO DE OPERACIÓN
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GANANCIA DE VOLTAJE
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GANANCIA DE CORRIENTE
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RESISTENCIA DE ENTRADA
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RESISTENCIA DE SALIDA
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ANÁLISIS DE MÁXIMA EXCURSIÓN
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ANÁLISIS DE ENTRADA DE MÁXIMA EXCURSIÓN
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SALIDA DE MÁXIMA EXCURSIÓN
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SALIDA DE MÁXIMA EXCURSIÓN (2)
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SALIDA DE MÁXIMA EXCURSIÓN (3)
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SALIDA DE MÁXIMA EXCURSIÓN (4)
La salida de máxima excursión es 7,5V, esto es: 3,75Vpico.
O sea, la señal de entrada máxima permitida es de 0,75vPP , esto es, 375mVp. !
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Tomado de: C.J.Savant. Diseno.Electronico. Circuitos y Sistemas. Prentice-Hall.
Tomado de: C.J.Savant. Diseno.Electronico. Circuitos y Sistemas. Prentice-Hall.
APORTE DEL ESTUDIANTE
Para el estudiante: En tu tiempo extra-clase, de qué manera puedes
complementar el contenido dado en esta clase ? Qué información adicional complementa y ayuda a
comprender mejor el contenido de estas diapositivas ?
Qué preguntas te surgen de esta clase? Qué respuestas le das a dichas preguntas?
Busca más bibliografía e información adicional que complemente tus respuestas y el contenido de esta clase. Consulta oportunamente al profesor del curso para
complementar tus respuestas y resolver tus dudas restantes.
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